Әртүрлі химиялық табиғаттағы әртүрлі қосылыстардың үлкен саны адамдарды зертханада синтездей алды. Дегенмен, табиғи заттар барлық тірі жүйелердің өмір сүруі үшін ең маңызды және маңызды болды, болып табылады және болып қала береді. Яғни, ағзалардағы мыңдаған биохимиялық реакцияларға қатысатын және олардың қалыпты жұмыс істеуіне жауап беретін молекулалар.
Олардың басым көпшілігі «биологиялық полимерлер» деп аталатын топқа жатады.
Биополимерлер туралы жалпы түсінік
Біріншіден, бұл қосылыстардың барлығы жоғары молекулалы, массасы миллиондаған Дальтонға жететінін айту керек. Бұл заттар жасушалар мен олардың құрылымдарын құруда, метаболизмді, фотосинтезді, тыныс алуды, тамақтануды және кез келген тірі ағзаның барлық басқа өмірлік маңызды функцияларын қамтамасыз етуде шешуші рөл атқаратын жануарлар мен өсімдік полимерлері.
Мұндай қосылыстардың маңыздылығын асыра бағалау қиын. Биополимерлер – тірі организмдерде түзілетін және біздің планетамыздағы барлық тіршіліктің негізі болып табылатын табиғи текті табиғи заттар. Олармен қандай нақты байланыстар бартиесілі?
Жасуша биополимерлер
Олар өте көп. Сонымен, негізгі биополимерлер келесідей:
- белоктар;
- полисахаридтер;
- нуклеин қышқылдары (ДНҚ және РНҚ).
Оларға қосымша, бұған бұрыннан аталғандардың комбинацияларынан жасалған көптеген аралас полимерлер де кіреді. Мысалы, липопротеиндер, липополисахаридтер, гликопротеиндер және басқалар.
Жалпы сипаттар
Барлық қарастырылатын молекулаларға тән бірнеше ерекшеліктер бар. Мысалы, биополимерлердің келесі жалпы қасиеттері:
- химиялық құрылымында тармақтары бар орасан зор макротізбектердің түзілуіне байланысты үлкен молекулалық салмақ;
- макромолекулалардағы байланыс түрлері (сутегі, иондық әрекеттесу, электростатикалық тартылыс, дисульфидті көпірлер, пептидтік байланыстар және т.б.);
- әрбір тізбектің құрылымдық бірлігі мономерлік буын болып табылады;
- стереорегуляция немесе оның тізбек құрылымында болмауы.
Бірақ жалпы алғанда, барлық биополимерлердің ұқсастыққа қарағанда құрылымы мен қызметі бойынша әлі де көп айырмашылықтар бар.
Белоктар
Белок молекулаларының кез келген тіршілік иесінің өмірінде маңызы зор. Мұндай биополимерлер барлық биомассаның негізі болып табылады. Шынында да, тіпті Опарин-Халдан теориясына сәйкес, Жердегі тіршілік ақуыз болатын коацерват тамшысынан пайда болған.
Бұл заттардың құрылымы құрылымда қатаң тәртіпке бағынады. Әрбір ақуыз аминқышқылдарының қалдықтарынан тұрадыбір-бірімен шексіз тізбек ұзындықтарында қосылуға қабілетті. Бұл арнайы байланыстардың – пептидтік байланыстардың түзілуі арқылы болады. Мұндай байланыс төрт элементтің арасында түзіледі: көміртегі, оттегі, азот және сутегі.
Белок молекуласында бірдей және әртүрлі (бірнеше ондаған мың немесе одан да көп) аминқышқылдарының көп қалдықтары болуы мүмкін. Жалпы алғанда, бұл қосылыстарда аминқышқылдарының 20 түрі бар. Дегенмен олардың әртүрлі комбинациясы белоктардың сандық және түрлік жағынан гүлденуіне мүмкіндік береді.
Белок биополимерлерінің кеңістіктік конформациясы әртүрлі. Осылайша, әрбір өкіл негізгі, қосымша, үшінші немесе төрттік құрылым ретінде өмір сүре алады.
Олардың ішіндегі ең қарапайымы және сызықтысы негізгі болып табылады. Бұл жай ғана бір-бірімен байланысқан аминқышқылдарының тізбегі.
Қосымша конформация күрделі құрылымға ие, өйткені белоктың жалпы макротізбегі спиральға айнала бастайды, катушкалар түзеді. Екі іргелес макроқұрылым олардың атомдарының топтары арасындағы коваленттік және сутектік әрекеттесулердің арқасында бір-біріне жақын орналасқан. Белоктардың екінші реттік құрылымының альфа және бета спиральдарын ажыратыңыз.
Үшінші реттік құрылым – шарға айналдырылған ақуыздың жалғыз макромолекуласы (полипептидтік тізбек). Бұл глобулдың ішіндегі өте күрделі өзара әрекеттесу желісі оның айтарлықтай тұрақты болуына және пішінін сақтауға мүмкіндік береді.
Төрттік конформация – бірнеше полипептидтік тізбектер, оралған және бұралғанорамға айналады, олар бір мезгілде әртүрлі типтегі бірнеше байланыстарды құрайды. Ең күрделі глобулярлы құрылым.
Белок молекулаларының қызметі
- Көлік. Оны плазмалық мембрананы құрайтын ақуыз жасушалары жүзеге асырады. Олар белгілі бір молекулалар өтетін иондық арналарды құрайды. Сондай-ақ, көптеген белоктар қарапайымдар мен бактериялар қозғалысының органоидтарының бөлігі болып табылады, сондықтан олардың қозғалысына тікелей қатысады.
- Энергия функциясын бұл молекулалар өте белсенді орындайды. Бір грамм белок зат алмасу процесінде 17,6 кДж энергия түзеді. Сондықтан құрамында осы қосылыстары бар өсімдік және жануар өнімдерін тұтыну тірі ағзалар үшін өте маңызды.
- Құрылыс қызметі – ақуыз молекулаларының көптеген жасушалық құрылымдардың, жасушалардың, ұлпалардың, мүшелердің және т.б. құрылысына қатысуы. Кез келген дерлік жасуша негізінен осы молекулалардан құрастырылған (цитоплазманың цитоскелеттері, плазмалық мембрана, рибосома, митохондрия және басқа құрылымдар белок қосылыстарының түзілуіне қатысады).
- Катализдік қызметті химиялық табиғаты бойынша белоктардан басқа ештеңе емес ферменттер атқарады. Ферменттерсіз организмдегі биохимиялық реакциялардың көпшілігі мүмкін емес еді, өйткені олар тірі жүйелердегі биологиялық катализаторлар.
- Рецептор (сонымен қатар сигнал беру) функциясы жасушалардың шарлауына және қоршаған ортадағы кез келген өзгерістерге дұрыс жауап беруге көмектеседі, мысалы,механикалық және химиялық.
Егер белоктарды тереңірек қарастыратын болсақ, кейбір қосымша функцияларды бөліп көрсетуге болады. Дегенмен, тізімдегілер негізгі болып табылады.
Нуклеин қышқылдары
Мұндай биополимерлер прокариоттық немесе эукариоттық болсын, әрбір жасушаның маңызды бөлігі болып табылады. Шынында да, нуклеин қышқылдарына ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) және РНҚ (рибонуклеин қышқылы) молекулалары жатады, олардың әрқайсысы тірі ағзалар үшін өте маңызды байланыс болып табылады.
Химиялық табиғаты бойынша ДНҚ мен РНҚ сутектік байланыстар мен фосфат көпірлері арқылы байланысқан нуклеотидтер тізбегі болып табылады. ДНҚ нуклеотидтерден тұрады, мысалы:
- аденин;
- тимин;
- гуанин;
- цитозин;
- 5-көміртекті қант дезоксирибоза.
РНҚ тиминді урацилмен, ал қантты рибозамен алмастыруымен ерекшеленеді.
ДНҚ-ның арнайы құрылымдық ұйымдасуына байланысты молекулалар бірқатар өмірлік маңызды функцияларды орындауға қабілетті. РНҚ да жасушада үлкен рөл атқарады.
Мұндай қышқылдардың қызметі
Нуклеин қышқылдары келесі функцияларға жауап беретін биополимерлер:
- ДНҚ – тірі организмдердің жасушаларында генетикалық ақпаратты сақтаушы және таратушы. Прокариоттарда бұл молекула цитоплазмада таралады. Эукариоттық жасушада ол кариолеммамен бөлінген ядроның ішінде орналасады.
- Қос тізбекті ДНҚ молекуласы хромосоманың құрылымын құрайтын бөлімдерге – гендерге бөлінеді. Әр адамның генітіршілік иелері организмнің барлық белгілері шифрланған арнайы генетикалық кодты құрайды.
- РНҚ үш түрлі – шаблондық, рибосомалық және тасымалдаушы. Рибосомалық ақуыз молекулаларының сәйкес құрылымдарында синтезделуіне және жиналуына қатысады. ДНҚ-дан оқылатын матрицалық және транспорттық тасымалдау ақпараты және оның биологиялық мәнін ашады.
Полисахаридтер
Бұл қосылыстар негізінен өсімдік полимерлері, яғни олар флора өкілдерінің жасушаларында дәл кездеседі. Олардың құрамында целлюлоза бар жасуша қабырғасы әсіресе полисахаридтерге бай.
Химиялық табиғаты бойынша полисахаридтер күрделі көмірсулардың макромолекулалары болып табылады. Олар сызықты, қабатты, айқаспалы конформация болуы мүмкін. Мономерлер қарапайым бес, жиі алты көміртекті қанттар - рибоза, глюкоза, фруктоза. Олардың тірі организмдер үшін маңызы зор, өйткені олар жасушалардың бір бөлігі, олар өсімдіктердің қоректік заты болып табылады, көп мөлшерде энергия бөлінуімен ыдырайды.
Әртүрлі өкілдердің мағынасы
Крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин және басқалары сияқты биологиялық полимерлер өте маңызды. Олар тірі ағзалардағы маңызды энергия көздері.
Сонымен, целлюлоза өсімдіктердің, кейбір бактериялардың жасуша қабырғасының маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Күш береді, белгілі бір пішін береді. Өнеркәсіпте адам қағазды, бағалы ацетат талшықтарын алу үшін қолданылады.
Крахмал – өсімдік қоректік заты,ол адамдар мен жануарлар үшін де құнды тағам өнімі болып табылады.
Гликоген немесе жануар майы жануарлар мен адамдар үшін қоректік зат болып табылады. Жылу оқшаулау, энергия көзі, механикалық қорғаныс функцияларын орындайды.
Тірі ағзалардағы аралас биополимерлер
Біз қарастырғандардан басқа, макромолекулалық қосылыстардың әртүрлі комбинациялары бар. Мұндай биополимерлер белоктар мен липидтердің (липопротеидтер) немесе полисахаридтер мен белоктардың (гликопротеидтер) күрделі аралас құрылымдары болып табылады. Липидтер мен полисахаридтердің (липополисахаридтер) комбинациясы да мүмкін.
Осы биополимерлердің әрқайсысының тірі ағзаларда бірқатар маңызды қызметтерді атқаратын көптеген сорттары бар: тасымалдау, сигнал беру, рецепторлық, реттеуші, ферментативті, құрылыс және т.б. Олардың құрылымы химиялық тұрғыдан өте күрделі және барлық өкілдер үшін дешифрлеуден алыс, сондықтан функциялар толық анықталмаған. Бүгінгі таңда ең көп таралғандары ғана белгілі, бірақ маңызды бөлігі адам білімінің шегінен тыс қалады.
